Введение к работе
Актуальность темы. Эффект снижения гидродинамического сопротивления, проявляющийся при турбулентном течении растворов полимеров и вносящий новую информацию о турбулентности и свойствах индивидуальных макромолекул.представляет не только академический интерес, но имеет и большое практическое значение. К настоящему времени это явление нашло широкое применение при разработке энергосберегающих техногий для трубопроводного транспорта вязких жидкостей, а также для уменьшения потерь на трение в судо- ходстве и в других областях производственной деятельности.
Для рационального использования эффекта Томса на практике требуется теоретическое обеспечение, позволяющее объяснить физическую суть явления и дающее возможность на основе лабораторных сведений о полимерах и растворителях прогнозировать величину эффекта еще до проведения 'широкомасштабного натурного эксперимента. Но сложность явления, обусловленная тем, что взаимосвязанные гидродинамические и физико-химические параметры движущихся растворов конкурируют за влияние на эффект и тем самым еще более затрудняют понимание закономерностей турбулентного течения, привела к появлению большого числа гипотез относительно механизма действия полимерных молекул. Однако ни одна из них. на сегодняшний день-не может претендовать на роль ведущей из-за ограниченности применения или наличия противоречий экспериментальным фактам.
Поэтому до сих пор актуальными являются поиски новых модельных представлений о турбулентном течении полимерных растворов. Аналитические выражения., логически вытекающие из этих представлений, обеспечат инженерно точную и экономически выгодную эксплуатацию вышеназванных технологий.
Целью работы является разработка способа оценки эффективности агентов снижения гидродинамического сопротивления, позволяющего на основе лабораторной информации о полимерах и растворителях прогнозировать величину эффекта Томса.
Задачи исследования :
1.Предложить формализованную модель поведения полимерных макромолекул в пристенной зоне турбулентного течения.
2.Получить следствия из предложенной модели. Представить их в виде уравнений, отражающих! зависимость эффекта от напряже-
ния сдвига, концентрации и вязкости полимерного раствора,температуры, молекулярной массы образца полимера и т.д.
3.Используя полученные выражения,- провести сравнительную оценку гидродинамической эффективности различных карбоцепных полимеров в-углеводородных растворителях, определяющих состав нефтей.
4.Провести натурные испытания на магистральном нефтепроводе образца полимера, обладающего оптимальными для агента снижения сопротивления свойствами.
Научная новизна:
-
Используя широко распространенные представления о существовании в полимером растворе флуктуационной сетки, предложена модель поведения макромолекул в турбулентном потоке. В ее основу положен процесс качения кинетически индивидуальных фрагментов вязкоупругой среды параллельно оси потока.
-
Установлено, что факторы, уменьшающие начальный модуль высокоэластичности полимерных клубков, способствуют росту величины эффекта снижения сопротивления.
-
Предложен турбореометрический способ контроля процесса радикальной полимеризации на его начальной стадии.
Практическая значимость работы:
-
Разработана методика оценки, гидродинамической эффективности полимерных добавок, пригодных к промышленному применению..
-
Из ряда полимеров углеводородной природы, исследованных в лабораторных условиях с учетом рекомендаций разработанной методики, в качестве оптимального был выбран образец ВИОЛ, являющийся сополимером высших фракций а-олефинов. Наработанный в количестве 50 т на производственных мощностях Томского нефтехЕ-мического комбината 10 раствор ВИОЛа был испытан 1 октября 1991 года на участке трубы с диаметром 1220 им и длиной 70 км магистрального нефтепровода Длександровское-Ашіеро-Судовнск. Эффект снижения сопротивления от применения ВИОЛа в количестве 45 г на тонну нефти составил 21%,что позволяет рекомендовать бго в качестве агента снижения сопротивления для транспорта углеводородных жидкостей по трубопроводам
Автор защищает: - Закономерности,вытекающие из предложенной модели поведения макромолекул в турбулентном потоке и представленные в работе в аналитическей форме.
5 , . -
Способ оценки в лабораторных условиях гидродинамической эффективности полимерных образцов.
Возмояность применения сополимеров высших а-олефинов в качестве агентов снижения гидродинамического сопротивления нефти и нефтепродуктов.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на 13 и
15-ом симпозиумах по реологии (Волгоград, 1984 и Одесса, 1990); на 4-ом и 6-ом совещаниях по проблемам и перспективам ГО ТНХК (Томск, 1990 и 1992) ;на международной конференции по химии нефти (Томск, 1991),а также на некоторых других.
Объем и структура работы. Диссертация общим объемом 140
